Російський фізик Максим Чорнодуб, що працює в Університеті ім. Франсуа Рабле (Франція), встановив, що дія надзвичайно сильного магнітного поля може переводити фізичний вакуум в такий стан, в якому він буде вести себе подібно надпровідники.

Пояснення властивостями традиційних надпровідників дає, нагадаємо, теорія Бардіна – Купера – Шріффером. Зазвичай механізм надпровідності розглядають на прикладі простої кубічної кристалічної решітки, складеної з позитивно заряджених іонів. При проходженні електрона самі ближні до нього іони набувають імпульс у напрямку, перпендикулярному його траєкторії, і зміщуються. За рухомим електроном, таким чином, слід область надлишкового позитивного заряду, який притягує інший електрон. Все це закінчується утворенням пов'язаного стану двох електронів, куперовской пари.

Спін електрона, як відомо, дорівнює 1 / 2, але куперовской пару можна вважати композитним бозоном – часткою з цілим спіном. Бозони підкоряються статистиці Бозе – Ейнштейна, що допускає знаходження в одному квантовому стані декількох частинок; отже, куперовских парам доступний процес (бозе-ейнштейнівської) «конденсації» в одне основне квантовий стан. При цьому розрив однієї пари, який обов'язково супроводжується зміною енергій всього іншого безлічі пар, вимагає значної енергії, рівній 2Δ, де Δ – так звана надпровідна щілину. Ширина Δ залежить від температури і в той момент, коли остання піднімається до критичного значення, порівнюється з нулем, але при більш низьких температурах «колективні» дії куперовских пар ведуть до надпровідності.

Експериментально доведено, що сильне зовнішнє магнітне поле руйнує надпровідний стан речовини. Відомий, однак, і приклад більш складної взаємодії: у сполуки урану URhGe в полі з індукцією в 2 Тл надпровідність йде, а з підвищенням індукції до 8 Тл – повертається. Ефект, до деякої міри аналогічний цьому, і спробував описати р-н Чорнодуб.

Згадуваний вченим вакуум потрібно розуміти не як середовище, що містить газ при низькому тиску, а як фізичний вакуум, в якому постійно народжуються і зникають віртуальні частинки. Народжені кварк і антікварк можуть поєднуватися з утворенням зарядженого ро-мезона, середній час життя якого становить 4,5 • 10-24 с. Якщо розглядати ро-мезон як вільну частку, на тлі однорідного магнітного поля з індукцією B енергія її основного стану виражається формулою E2 (B) = m2 – e • B. Тут m – маса ро-мезона (775,5 МеВ), а e – елементарний електричний заряд. При Bс = m2 / e ~ 1016 Тл енергія, таким чином, зводиться до нуля.

З подальшим повишеніем індукції енергія основного стану стає чисто уявною, і саме тут, за розрахунками автора, створюються умови для «конденсації» заряджених ро-мезонів. Результат цього аналогічний переходу в надпровідний стан, причому ефект буде зберігатися тільки в одному напрямку – вздовж магнітного поля.

Такі обчислення не мали б сенсу, якби час життя ро-мезонів залишалося на колишньому рівні. Г-н Чорнодуб, проте, показав, що сильне магнітне поле з індукцією близько 0,36 • 1016 Тл «закриває» основний канал розпаду ро-мезонів на заряджені піони. Отже, надпровідний конденсат має бути відносно стабільним.

Все вищесказане відноситься до холодного вакууму, тобто до умови нульової температури. Із загальних міркувань можна зробити висновок, що зростання температури повинен, як і у традиційних матеріалів, руйнувати надпровідний стан.

Область надпровідності на цьому графіку, що зв'язує температуру і індукцію поля, знаходиться праворуч від кривої. При зростанні температури значення індукції, на якому відбувається перехід, також збільшується. (Ілюстрація автора роботи.)

Поле у ​​8 Тл, яке встановлюється в експериментах з URhGe, вважається дуже сильним. Нескладно зрозуміти, що 1016 Тл – це воістину гігантська величина, одержати яку в лабораторії просто неможливо. Тим не менш р-н Чорнодуб сподівається експериментально підтвердити свою теорію, скориставшись даними з Великого адронного коллайдера або релятивістського коллайдера важких іонів. На думку фізика, рухомі іони в таких установках можуть на надзвичайно короткий – йоктосекундное, 10-24 с – час створювати поле з потрібними параметрами.

За матеріалами: Physicsworld.Com

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?